基于ARM控制器LPC2294的CAN/PCI智能通信卡設計

　　微控制器與PCI9030之間的硬件設計是該通信卡的核心控制部分。本設計采用ALTERA公司的FPGA EPlC6來實現微控制器與PCI9030之間的接口。EPlC6是ALTERA公司的一款FPGA芯片，它內部集成了20塊128×36 bits的RAM模塊，可以方便地將它編程為所需要的“雙口RAM”，然后將上行數據(CAN節點發往PC機的數據)和下行數據(PC機發往CAN節點的數據)通過該“雙口RAM”緩存轉發。由于EPlC6擁有豐富的I/O口，故可靈活選擇數據格式(32位/16位/8位)以及傳輸方法，本文采用16位復用傳輸模式。

　　EPlC6還要編程實現PCI9030與ARM之間的邏輯控制時序轉換。由于PCI9030與ARM的控制信號不完全一致，所以需要進行邏輯控制時序轉換。同時，本文PCI9030的局部總線一側采用的是地址/數據復用模式，而ARM控制器采用的是非復用模式，因此也需要EPlC6進行模式轉換：在PCI9030的地址周期內可利用LALE將16位地址鎖存到EPlC6內部寄存器，等到PCI9030的數據周期來臨時，再與數據一起送到ARM的地址口與數據口上，以方便ARM取用。

　　2 軟件設計

　　2.1 通信卡軟件設計

　　通信卡上的軟件主要指的是ARM控制器上的軟件程序。本文選用ARM控制器LPC2294來實現智能數據傳輸路徑選擇。LPC2294是通信卡的控制核心。它集成有4路CAN控制器，每個CAN控制器都與獨立CAN控制器SJA1000有著相似的寄存器結構，它只是對器件寄存器訪問由原來的8bit字節訪問轉變為了32 bit的雙字訪問。LPC2294可實現CAN網段與上位機之間的數據傳輸控制(包括上行數據傳輸和下行數據傳輸)以及不同CAN網段間的數據傳輸控制(平行數據傳輸)。

　　LPC2294為所有CAN控制器提供了全局接收標識符查詢功能。它包含一個512×32 (2 k字節)的RAM，可通過軟件處理在RAM中存放1～5個標識符表格。整個接收濾波RAM可容納1024個標準標識符或512個擴展標識符，或兩種類型的混合標識符。由于允許的表格范圍有2 k字節，故能容易地滿足復雜的ID接收過濾要求。LPC2294在FullCAN模式下能自動接收并選定網段的標準幀，但本文不采用FullCAN模式。

　　若在EPlC6的“雙口RAM”中設置一個狀態與控制寄存器組(SOR)，那么，上位機便可通過訪問該寄存器組查詢通信卡的運行狀態。為了有效管理數據傳輸，防止傳輸過程中的數據丟失，本設計在ARM內部的靜態RAM區開辟了一個全局數據收發緩存區(GRTB)，其示意圖如圖4所示。

　　圖4中，對于標準幀來說，它只有11位標識符，因此，圖中的標識符字節3和4保留不用。而幀格式用來區別此幀是標準幀(0)還是擴展幀(1)。當RTR為1時，表示此幀是遠程幀。圖中的源段號和目的段號用于表明此幀來自哪個網段以及將要送往哪個網段(此處將上位機也作為其中一段來處理)。DLC表明傳輸的數據字節數目。

　　2.2 通信卡的運行流程

　　系統上電復位后，系統將首先運行初始化程序。LPC2294的初始化主要是初始化全局接收和發送緩沖區以及清除狀態寄存器中的值等;PCI9030的初始化主要是從EEPROM中加載初始數據以進行初始設置，CAN初始化包括設置模式、總線時序、中斷使能、標識符表格，這些設置均可通過給CAN芯片的內部寄存器賦值來實現。初始化成功之后，通信卡將進行自檢，并在確定啟動正常之后進入工作狀態。這一部分的程序流程圖如圖5的A部分所示。

　　系統進入工作狀態后(圖5中的B部分)將等待中斷產生，如有，則進人相應的中斷服務程序。如果是數據傳輸，則轉入數據傳輸子程序，數據傳輸子程序主要包括3個部分：

　　(1) 下行數據傳輸

　　下行數據傳輸指的是上位機向CAN網段發送數據。即上位機把數據寫入到“雙口RAM”中以等待LPC2294將數據取走。LPC2294將上位機發來的數據暫時存放在全局數據收發緩存區(GRTB)中，然后檢查匹配的目的段是否有空閑的發送區(CANSR中的TBS位為1)，若有則將數據分別寫入每個網段的發送區并發送。如果匹配網段的3個發送緩沖器全為忙，則循環等待，直到有一個以上的發送緩沖器為空再進行發送。

　　(2) 上行數據傳輸

　　上行數據傳輸指的是CAN網段向上位機發送數據。當程序檢測到某個網段X的CAN中斷/捕獲寄存器(CANICR)中的接收中斷位(RI)置位后，它將進入接收中斷服務程序。此時程序將到標識符表格中查找匹配的標識符，CAN控制器會在接收時自動搜索接收濾波器的RAM中的表格并進行匹配，只要找到匹配值則產生接收中斷并通知用戶保留信息，否則自動放棄這一幀信息而不產生接收中斷，如果它只找到一個匹配值(源網段中)，則說明此數據是只傳輸給上位機的，此時程序會將接收到的數據信息按上面介紹的格式保存到全局數據收發緩沖區(GRTB)，以等待LPC2294將其發送給EPlC6的“雙口RAM”，以便上位機讀取。

　　(3) 平行數據傳輸

　　當出現接收中斷時，程序也會到標識符表格中查找匹配的標識符，如果找到一個以上的匹配值，則說明還有其他網段需要這些數據。此時程序會將接收到的數據信息讀入到全局數據收發緩沖區(GRTB)中去，然后把數據發往匹配網段。

　　在調用相應的數據傳輸子程序后，程序將置標志位并返回。如果是其它一些中斷，則轉入相應的中斷服務程序。若沒有中斷產生，則檢查PC機是否有參數配置需要，最后進行系統自檢。本系統會在系統閑暇時進行自檢并上傳狀態報表，這樣可以使用戶隨時了解通信卡的工作情況，對于提高系統的工作可靠性以及出現故障時的查錯效率具有重要的意義。

　　2.3 上位機程序設計

　　本設計中，上位機軟件設計程序主要包括通信卡底層驅動程序和用戶服務程序。其設計框圖圖6所示。